Ноябрь 2015, № 13 (188)

УДК: 539.199 Кручинин Н.Ю., Кучеренко М.Г. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ДИНАМИКА АДСОРБЦИИ ОДНОРОДНЫХ ПОЛИПЕПТИДОВ НА ПОВЕРХНОСТИ ЗОЛОТОЙ НАНОЧАСТИЦЫКонъюгаты золотых наночастиц с макромолекулами и молекулами-метками используются для создания биосенсоров и функциональных наносистем в наноэлектронике. Конформационная динамика и характер расположения макромолекулы на поверхности золотой наночастицы оказывает влияние на кинетику переноса энергии между молекулами-метками, кинетику двустадийных фотореакций с участием электронно-возбужденных молекул и молекул кислорода. В такой системе кластерного типа формируется сложный кинетический режим переноса энергии в результате локального плазмон-инициированного изменения скорости индуктивно-резонансного перехода для донор-акцепторных пар, образующих с наноглобулой различные геометрические конфигурации. С использованием статистической теории макромолекул представлено описание зависимости распределения плотности звеньев макромолекулы на поверхности сферической наночастицы. Методом молекулярной динамики (МД) исследовались особенности конформационных перестроек и равновесная структура однородных полипептидов, адсорбированных на поверхности сферической золотой наночастицы радиусом 4 нм. Были рассмотрены однородные полипептиды, состоящие из 100 и 500 протеиногенных аминокислотных остатков. В результате проведенного молекулярно-динамического моделирования были получены равновесные конформационные структуры незаряженных однородных полипептидов, адсорбированные на поверхности сферической золотой наночастицы. Рассчитаны радиальные распределения средней концентрации атомов полипептидов на поверхности золотой наночастицы по пяти произведенным модельным расчетам, оценивалось среднее квадратичное отклонение. Произведена аппроксимация распределения средней радиальной концентрации атомов полипептидов формулами, полученными методами статистической теории для распределения плотности звеньев макроцепи на поверхности сферической наночастицы. Численные значения параметров аппроксимации кривых среднего радиального распределения атомов полипептидов на поверхности сферической золотой наночастицы представлены в таблице. Результаты могут быть использованы для корректного описания особенностей кинетики молекулярных реакций в приповерхностных областях золотой наночастицы, покрытой макромолекулярной цепью.Ключевые слова: молекулярная динамика, макромолекулы, полипептиды, золотая наночастица, адсорбция.

Загрузить

Список использованной литературы:

1. Yang Y. Burkhard P. Encapsulation of gold nanoparticles into self-assembling protein nanoparticles. Journal of Nanobiotechnology 2012, 10:42.

2. Hamedi M.,Wigenius J., Tai F.I.,Bjork P., Aili D. Polypeptide-guided assembly of conducting polymer nanocomposites. Nanoscale, 2010, 2, 2058–2061.

3. Fan J., S. Chen S., Gao Y. Coating gold nanoparticles with peptide molecules via a peptide elongation approach. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2003, 28, 199-207.

4. Chen Y., Cruz-Chu E.R., Woodard J., Gartia M.R., Schulten K., Liu L. Electrically induced conformational change of peptides on metallic nano-surfaces. ACS Nano, 6:8847-8856, 2012.

5. Кучеренко М.Г., Русинов А.П., Чмерева Т.М., Игнатьев А.А., Кислов Д.А., Кручинин Н.Ю. Кинетика фотореакций в регулярной пористой наноструктуре с цилиндрическими ячейками, заполненными активаторсодержащими макромолекулами. Оптика и спектроскопия, т. 107, 3, 510-516, 2009.

6. Kucherenko M. G., Izmodenova S. V., Kruchinin N. Yu., Chmereva T. M. Change in the Kinetics of Delayed Annihilation Fluorescence During Rearrangement of Polymer-Chain Structure in a Nanocavity of a Solid Adsorbent. High Energy Chemistry, Vol. 43, № 7, 592-598, 2009.

7. Кучеренко М.Г., Чмерева Т.М., Кручинин Н.Ю., Измоденова С.В. Подрезова Н.С. Кинетика диффузионно-контролируемых фотореакций в приповерхностном слое фуллерен-тубуленовой наночастицы с адсорбированной полимерной цепью. Вестник Оренбургского государственного университета, №9, 100-109, 2013.

8. Кучеренко М.Г., Измоденова С.В., Кручинин Н.Ю. Кинетика бимолекулярных диффузионно-контролируемых фотореакций в приповерхностном слое наночастиц с адсорбированными макроцепями. Матер. Международ. конфер. "Фотоника молекулярных наноструктур". Оренбург, ОГУ, 29-31, 2009.

9. Кучеренко М.Г., Измоденова С.В., Чмерева Т.М. Эффект "кинетической линзы" в безызлучательном переносе электронной энергии вблизи металлической наночастицы с макромолекулярным линкером // Вестник ОГУ. 2013. №1. С. 112-120.

10. Кучеренко М. Г., Степанов В. Н., Кручинин Н. Ю. Межмолекулярный безызлучательный перенос энергии в кластерах с плазмонными наночастицами / Степанов В. Н., Кручинин Н. Ю. // Оптика и спектроскопия. 2015.  — Т. 118.   — № 1.  — С. 107–114.

11. Гросберг А. Ю., Хохлов А.P. Статистическая физика макромолекул. М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит. 1989, 344 с.

12. Кучеренко М. Г., Чмерева Т. М. Размещение звеньев полимерной цепи в поле гладкой твердой поверхности и в нанополостях пористого сорбента. Вестник ОГУ, №9, 177-184, 2008.

13. Phillips J.C., Braun R., Wang W., Gumbart J., Tajkhorshid E., Villa E., Chipot C., Skeel R.D., Kale L, Schulten K. Scalable molecular dynamics with NAMD. Journal of Computational Chemistry, 26, 2005, 1781-1802.

14. Best R.B., Zhu X., Shim J., Lopes P.E.M., Mittal J., Feig M., MacKerell Jr. A.D. Optimization of the additive CHARMM all-atom protein force field targeting improved sampling of the backbone phi, psi and side-chain chi1 and chi2 dihedral angles. Journal of Chemical Theory and Computation, 8: 3257-3273, 2012.

15. MacKerell Jr. A. D., Bashford D., Bellott M., Dunbrack Jr. R.L., Evanseck J.D., Field M.J., Fischer S., Gao J., Guo H., Ha S., Joseph-McCarthy D., Kuchnir L., Kuczera K., Lau F.T.K., Mattos C., Michnick S., Ngo T., Nguyen D.T., Prodhom B., Reiher III W.E., Roux B., Schlenkrich M., Smith J.C., Stote R., Straub J., Watanabe M., Wiorkiewicz-Kuczera J., Yin D., ad Karplus M. All-atom empirical potential for molecular modeling and dynamics studies of proteins. Journal of Physical Chemistry B 102: 3586-3616, 1998.

16. Rappe A.K., Casewit C.J., Colwell K.S., Goddard W.A., Skiff W.M. UFF, a Full Periodic Table Force Field for Molecular Mechanics and Molecular Dynamics Simulations. J. Am. Chem. SOC., Vol. 114, No. 25, 1992.

О статье

Авторы: Кручинин Н.Ю., Кучеренко М.Г.

Год: 2015

Главный редактор

Сергей Александрович
МИРОШНИКОВ

© Электронное периодическое издание: ВЕСТНИК ОГУ on-line (VESTNIK OSU on-line), ISSN on-line 1814-6465
Зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций
Свидетельство о регистрации СМИ: Эл № ФС77-37678 от 29 сентября 2009 г.
Учредитель: Оренбургский государственный университет (ОГУ)
Главный редактор: С.А. Мирошников
Адрес редакции: 460018, г. Оренбург, проспект Победы, д. 13, к. 2335
Тел./факс: (3532)37-27-78 E-mail: vestnik@mail.osu.ru